Les gens,
En dehors des murs d'Indium Corporation, peu de gens entendent le mot "gallium" prononcé très souvent. Pourtant, le gallium joue un rôle fondamental dans la vie moderne : l'éclairage.
Depuis la préhistoire jusqu'aux années 1900, les gens vivaient dans l'obscurité. L'éclairage est probablement l'aspect de la vie moderne que nous tenons le plus pour acquis. Ce fait m'a été rappelé lorsque j'ai regardé le film L'homme qui inventa Noël. Ce film raconte l'histoire de Charles Dickensde Charles Dickens Un chant de Noël. Dans une intrigue secondaire de ce film, Dickens aide l'un de ses proches qui écrit son propre roman. Ce dernier se plaint que Dickens ne lui donne pas assez de bougies. Dans le Londres des années 1840, il était difficile d'être écrivain sans disposer d'un nombre suffisant de bougies, surtout en hiver, car la lumière du jour est très courte. Avant 1900, toute forme d'éclairage était extrêmement coûteuse : un gallon d'huile de baleine coûtait environ 250 dollars en monnaie d'aujourd'hui.
La mise au point par Edison d'un éclairage incandescent pratique en 1880 a constitué une avancée considérable qui a également favorisé le développement d'un réseau électrique. Au début des années 1900, l'éclairage électrique était devenu courant et relativement peu coûteux. Toutefois, seuls 3 à 5 % de l'énergie consommée par une lampe à incandescence produisent de la lumière, le reste de l'énergie étant gaspillé sous forme de chaleur. L'éclairage fluorescent est beaucoup plus efficace, mais le véritable champion de l'efficacité est l'éclairage LED. Pour obtenir la même quantité de lumière qu'une lampe à incandescence de 40 watts, une lampe fluorescente compacte (LFC) n'a besoin que de 11 watts et une LED de 7 watts. Une lampe fluorescente compacte dure environ 7 fois plus longtemps qu'une lampe à incandescence, soit 1200 heures, mais la LED est la championne avec plus de 25 000 heures. Dans la plupart des cas, il s'agit littéralement d'une durée de vie. Ni l'ampoule fluocompacte ni les premières LED n'offraient un rendu des couleurs agréable, les deux ayant une teinte bleuâtre brillante et dure ; cependant, les progrès récents de la technologie des LED ont permis de créer des ampoules offrant un rendu des couleurs aussi agréable qu'une ampoule à incandescence. Voir la figure 1 pour une comparaison des caractéristiques de ces différents types d'éclairage.
Figure 1. Les LED sont les sources d'éclairage les plus efficaces, les plus durables et les plus rentables.
L'éclairage consomme environ 7 % de toute l'électricité consommée aux États-Unis. Avec la généralisation des LED, ces 7 % devraient être ramenés à 3 %, voire moins. Le coût initial des LED est encore assez élevé ; cependant, si l'on tient compte de leur longue durée de vie et de leur grande efficacité énergétique, elles constituent globalement la forme d'éclairage la moins chère. Compte tenu de tous ces avantages, l'ampoule d'aujourd'hui et de demain est la LED.
Où se trouve le gallium dans cette histoire à succès ? Le matériau de base des ampoules LED est le le nitrure de gallium.
Figure 2. Le gallium est un matériau de départ pour le nitrure de gallium utilisé dans les LED.
Le nitrure de gallium et son utilisation dans les diodes électroluminescentes (DEL) est un développement relativement récent qui a débuté dans les années 1960. Lorsque le gallium se lie à d'autres éléments du groupe V du tableau périodique (tels que l'azote ou l'arsenic), un semi-conducteur se forme. Les LED à l'arséniure de gallium ont été les premières à voir le jour dans les années 1960, suivies par le nitrure de gallium (GaN) dans les années 1990.
Le gallium métal pur a un point de fusion étonnamment bas - il fond à peine au-dessus de la température ambiante, à environ 86ºF (29ºC). Si vous le tenez dans votre main, il fond ! Dans le GaN, le point de fusion augmente considérablement (jusqu'à plus de 2 500 ºC). Ce sont les propriétés semi-conductrices du GaN, en particulier sa bande interdite, qui en font un matériau si intéressant pour la construction de dispositifs d'émission de lumière.
Ainsi, la prochaine fois que vous allumerez une lampe équipée d'une ampoule LED, rappelez-vous que, sans le gallium ou plus précisément le nitrure de gallium, elle n'existerait pas.
Santé,
Dr. Ron
